NCSU- en UNC-onderzoekers gebruiken nanotechnologie om hardnekkige bloedstolsels aan te pakken
Datum gepubliceerd:RALEIGH – Technische onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om bijzonder hardnekkige bloedstolsels te elimineren, waarbij ze gebruik maken van speciaal ontworpen nanodruppeltjes en een ultrasone ‘boor’ om de stolsels van binnenuit af te breken. De techniek is nog niet klinisch getest. In-vitrotesten hebben veelbelovende resultaten opgeleverd.
De nieuwe aanpak is specifiek bedoeld voor de behandeling van teruggetrokken bloedstolsels, die zich gedurende langere tijd vormen en bijzonder dicht zijn. Deze stolsels zijn bijzonder moeilijk te behandelen omdat ze minder poreus zijn dan andere stolsels, waardoor het moeilijk wordt voor medicijnen die bloedstolsels oplossen om in het stolsel te dringen.
De nieuwe techniek bestaat uit twee belangrijke componenten: de nanodruppels en de ultrasone boor.
De nanodruppeltjes bestaan uit kleine lipidebolletjes die gevuld zijn met vloeibare perfluorkoolstoffen (PFC’s). Concreet zijn de nanodruppeltjes gevuld met PFC's met een laag kookpunt, wat betekent dat een kleine hoeveelheid ultrasone energie ervoor zorgt dat de vloeistof in gas wordt omgezet. Terwijl ze in een gas worden omgezet, zetten de PFC's snel uit, waardoor de nanodruppeltjes verdampen en microscopisch kleine belletjes ontstaan.
“We introduceren nanodruppeltjes op de plaats van het stolsel, en omdat de nanodruppeltjes zo klein zijn, kunnen ze binnendringen in de stolsels en zich omzetten in microbelletjes wanneer ze worden blootgesteld aan ultrageluid”, zegt Leela Goel, eerste auteur van een artikel over de werk. Goel is een Ph.D. student aan de gezamenlijke afdeling biomedische technologie van de North Carolina State University en de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill.
Nadat de microbellen zich in de stolsels hebben gevormd, oscilleert de voortdurende blootstelling van de stolsels aan ultrageluid de microbellen. De snelle vibratie van de microbelletjes zorgt ervoor dat ze zich gedragen als kleine boorhamers, waardoor de fysieke structuur van het stolsel wordt verstoord en het stolsel wordt opgelost. Deze trilling creëert ook grotere gaten in de stolselmassa waardoor bloedgedragen antistollingsmiddelen diep in het stolsel kunnen doordringen en het verder kunnen afbreken.
De techniek wordt mogelijk gemaakt door de ultrasone boor – Dit is een ultrasone transducer die klein genoeg is om via een katheter in het bloedvat te worden ingebracht. De boor kan ultrasoon geluid recht vooruit richten, waardoor hij uiterst nauwkeurig is. Het is ook in staat om voldoende ultrasone energie naar de beoogde locatie te sturen om de nanodruppeltjes te activeren, zonder schade aan het omliggende gezonde weefsel te veroorzaken. De boor bevat een buis waarmee gebruikers nanodruppeltjes kunnen injecteren op de plaats van het stolsel.
Bij in vitro testen vergeleken de onderzoekers verschillende combinaties van medicamenteuze behandeling, het gebruik van microbellen en echografie om stolsels te elimineren, en de nieuwe techniek, waarbij gebruik werd gemaakt van nanodruppels en echografie.
“We ontdekten dat het gebruik van nanodruppels, echografie en medicamenteuze behandeling het meest effectief was, waarbij de grootte van het stolsel met 40% werd verminderd, plus of min 9%”, zegt Xiaoning Jiang, decaan F. Duncan Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering bij NC. Staat en corresponderende auteur van het artikel. “Het gebruik van de nanodruppeltjes en echografie alleen al verminderde de massa met 30%, plus of min 8%. De op één na beste behandeling omvatte medicamenteuze behandeling, microbellen en echografie – en dat verminderde de stolselmassa met slechts 17%, plus of min 9%. Al deze tests werden uitgevoerd met dezelfde behandelingsperiode van 30 minuten.
“Deze eerste testresultaten zijn veelbelovend.”
“Het gebruik van echografie om bloedstolsels te verstoren wordt al jaren bestudeerd, waaronder verschillende substantiële onderzoeken bij patiënten in Europa, met beperkt succes”, zegt co-auteur Paul Dayton, William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Biomedical Engineering bij UNC en NC-staat. "De toevoeging van nanodruppeltjes met een laag kookpunt, gecombineerd met de ultrasone boor, heeft echter een aanzienlijke vooruitgang in deze technologie aangetoond."
“De volgende stappen omvatten preklinische tests in diermodellen die ons zullen helpen beoordelen hoe veilig en effectief deze techniek kan zijn voor de behandeling van diepe veneuze trombose”, zegt Zhen Xu, hoogleraar biomedische technologie aan de Universiteit van Michigan en co-auteur. van het papier.
De krant, "Door nanodruppels gemedieerde kathetergerichte sonotrombolyse van teruggetrokken bloedstolsels,” wordt open access gepubliceerd in het tijdschrift Microsystemen en nano-engineering. Het artikel is co-auteur van Huaiyu Wu en Bohua Zhang, beiden Ph.D. studenten aan NC State; en Jinwook Kim, een postdoctoraal onderzoeker bij de gezamenlijke afdeling Biomedische Technologie van UNC en NC State.
Het werk werd uitgevoerd met steun van de National Institutes of Health, onder subsidie R01HL141967.
Een startup genaamd SonoVascular, Inc., mede opgericht door Jiang, heeft een licentie verkregen voor de ultrasone ‘boor’-technologie van NC State. SonoVascular en NC State hopen samen te werken met industriële partners om de technologie vooruit te helpen. Ook voor de nanodruppeltjes met een laag kookpunt, mede uitgevonden door Dayton, is een Amerikaans patent verleend. Die technologie is in licentie gegeven door het spin-outbedrijf Triangle Biotechnology, Inc., dat mede werd opgericht door Dayton. Co-auteurs van het onderzoek Dayton, Kim, Xu en Jiang hebben ook een patentaanvraag ingediend met betrekking tot door nanodruppels gemedieerde sonotrombolyse.
(C) NCSU
Originele artikelbron: WRAL TechWire